Come si nutrono e si procurano energia gli esseri viventi per tenersi in vita? E dove accumulano poi questa energia? E ancora, come fanno ad alimentarsi gli organismi che non sono dotati né di bocca né di apparato digestivo? Innanzitutto devi sapere che gli esseri viventi si classificano, tra le altre cose, anche a seconda della forma di procurarsi il cibo o la energia.
Ci sono formule assai complesse che ha escogitato la natura per mantenere l'equilibrio che permette lo sviluppo della vita. In questo articolo vedremo la definizione di questi due distinti gruppi, le loro caratteristiche principali e faremo alcuni esempi per capire bene di cosa si parla.
Definizione di Autotrofi ed Eterotrofi
Le parole autotrofo ed eterotrofo derivano entrambe dal greco. Se le scomponiamo, arriviamo a capirne il significato: la parola greca trophe (= trofo) significa "alimentazione" mentre autos significa "da se stesso" e la parola heteros (= etero) significa "altro, differente". Secondo questa etimologia possiamo dedurre che un organismo autotrofo è capace di nutrirsi da solo, utilizzando sostanze inorganiche, e che un organismo eterotrofo ha bisogno di altri organismi per alimentarsi.
Se nel primo caso parliamo ad esempio delle piante autotrofe che hanno bisogno solo di anidride carbonica ricavata dall'aria e di acqua e sali minerali assorbiti dal terreno, nel secondo caso parliamo soprattutto di animali che si alimentano direttamente (erbivori) o indirettamente (carnivori) di vegetali. Un caso importante di eterotrofismo è quello dei decompositori capaci di nutrirsi di detriti organici di animali e piante presenti nel terreno.
C'è un'ulteriore distinzione da fare all'interno dell'autotrofia: gli organismi sono fotoautotrofe (o autotrofe fotosintetiche) quando utilizzano il sole come fonte di energia e producono una sostanza organica (carboidrati) a partire dall'anidride carbonica e dall'acqua grazie alla luce solare.
Leggi anche: Approfondimento sul metabolismo.
Gli organismi autotrofi ed eterotrofi si differenziano per il modo in cui sintetizzano le molecole di cui hanno bisogno e la fonte di energia che utilizzano per avviare il processo. Metabolismo autotrofo ed eterotrofo funziona quindi in maniera totalmente diversa.
Gli organismi autotrofi sono in grado di vivere in ambienti in cui sono presenti semplici composti inorganici: possono sintetizzare le molecole biologiche di cui hanno bisogno utilizzando come fonte di carbonio il biossido di carbonio e come fonte di azoto l'ammoniaca o altri composti inorganici azotati. Per essi, quindi, la presenza o meno di altri organismi, come pure di molecole organiche di origine esogena, non è necessaria.
Gli organismi eterotrofi hanno invece bisogno, dal punto di vista nutrizionale, di composti organici.
Il Ruolo del Carbonio
Prima di spiegare bene la nutrizione degli organismi autotrofi ed eterotrofi, è importante sapere che cos'è il carbonio. Il carbonio è un elemento chimico vitale capace si strutturarsi in diverse forme e stabilire legami chimici con moltissimi elementi differenti. Inoltre è un elemento molto leggero che si adatta perfettamente alla vita. Tutti gli esseri viventi sono composti di carbonio e in un modo o nell'altro lo assumono dall'ambiente che li circonda.
La Nutrizione Autotrofa
Come dicevamo, gli esseri autotrofi creano il loro proprio alimento attraverso la fissazione del carbonio, ovvero ottengono il carbonio dal biossido di carbonio (CO₂) di cui è composta l'aria che respiriamo o disciolto nell'acqua che assorbono dal terreno. Questo carbonio inorganico lo utilizzano poi per creare un composto di carbonio organico. Questo complesso processo chimico viene chiamato fotosintesi.
Leggi anche: Approfondimenti sul Metabolismo delle Proteine
La serie di reazioni chimiche che costituiscono la fotosintesi rientra tra i processi anabolici (di sintesi) dei carboidrati ed è del tutto opposta ai processi inversi di catabolismo (ossidazione).
La fotosintesi può essere rappresentata da questa equazione generale:
6CO2 + 6H2O + energia → C6H12O6 + 6O2
che corrisponde a: anidride carbonica + acqua + energia solare → glucosio + ossigeno
In realtà, il processo di fotosintesi è molto più articolato e riunisce una lunga serie di reazioni complesse, suddivise in una fase luminosa e in una fase oscura. Nella fase luminosa l’energia solare viene trasformata in energia chimica, mentre nella fase oscura si verifica la fissazione del carbonio, con conversione dell’anidride carbonica in molecole di carboidrati.
Leggi anche: Metabolismo Basale: Quale Equazione Scegliere?
In parole semplici la fotosintesi è quel processo per cui l'organismo trasforma l'energia della luce in energia chimica.
La Nutrizione Eterotrofa
Dall'altro lato gli esseri eterotrofi ottengono l'alimento da fonti organiche presenti nel suo ambiente, senza trasformare il carbonio inorganico in organico (come proteine, idrati di carbonio e grassi), ma prendendolo direttamente da altri organismi o materiali che lo contengono.
Questo significa mangiare o assorbire esseri viventi o i loro residui organici, dai vegetali agli animali, dai batteri ai mammiferi. Tutti gli animali e i funghi sono eterotrofi.
Ci sono due tipi di organismi eterotrofi: quello fotoeterotrofo e quello chemioeterotrofo. La eterotrofia nel primo caso ha bisogno della luce per ottenere energia però non hanno bisogno di materia organica come fonte di carbonio. L'organismo chemioeterotrofo invece sintetizza l'energia attraverso la reazione chimica che libera energia rompendo molecole organiche.
Esempi di Organismi Autotrofi
- Tutte le piante verdi e le alghe: questi esseri viventi sono fondamentali per le catene alimentari di tutti gli ecosistemi del mondo.
- Batteri del ferro: sono chemioautotrofi e ottengono l'energia e il nutrimento dalle sostanze inorganiche che li circondano.
Vie Metaboliche
Le reazioni metaboliche non avvengono mai simultaneamente ma neanche indipendentemente l’una dall’altra (cataboliche e metaboliche), sono infatti regolate da vie metaboliche. Una via metabolica è una serie di reazioni chimiche che sono catalizzate da enzimi specifici e il prodotto della prima sarà il reagente della seconda e così via fino all’ultimo prodotto. Le molecole che vengono prodotte e anche utilizzate sono chiamate intermedi metabolici. Si distinguono dunque tre vie metaboliche: vie convergenti, vie divergenti e vie cicliche.
Le vie cataboliche, poiché ricavano energia dalla degradazione di numerose biomolecole e portano alla produzione di pochi precursori, sono vie convergenti al termine delle quali si otterrà un catabolita detto acetil-CoA. Tra queste la più diffusa è la glicolisi che è la principale via catabolica dei carboidrati e alimenta la via metabolica terminale o ciclo di Krebs che ha andamento ciclico e porta alla liberazione di CO2. Questo metabolismo terminale completa la degradazione e l’ossidazione delle biomolecole e produce dei coenzimi che intervengono nel processo di catena di trasporto degli elettroni, dove interviene l’ossigeno e si produce ATP. Questo processo completo viene chiamato respirazione cellulare, tuttavia talvolta il metabolismo terminale può essere sostituito dalla fermentazione.
Autotrofi, Eterotrofi e Mixotrofi
- eterotrofi: tutti gli organismi che utilizzano come fonte di carbonio le molecole organiche ridotte, per esempio i carboidrati. Dall'ossidazione di queste molecole deriva l'energia necessaria per il mantenimento del metabolismo.
- autotrofi: gli organismi capaci di utilizzare come fonte di carbonio la CO2 atmosferica.
- mixotrofi: organismi a metabolismo misto.
- chemiotrofi: che utilizzano come fonte di energia quella derivata dalle reazioni redox (di ossido-riduzione).
- chemiolitotrofi: le molecole inorganiche (H2, S, H2S ecc...) sono la loro fonte di elettroni.
Microrganismi e Metabolismo
I batteri inoltre possono essere aerobi, anaerobi, fermentanti ecc.
- aerobi obbligati: crescono solo in presenza di ossigeno, non sono capaci di fermentare nessun substrato.
- anaerobi obbligati: crescono solo in assenza di ossigeno, metabolismo di tipo fermentativo. L’ossigeno risulta tossico per reazione con alcuni coenzimi che porta alla formazione di perossidi. In assenza di catalisi, i perossidi agiscono come potenti radicali.
La fermentazione spesso è definita come un ossidazione anaerobica, in realtà non è così, come detto i batteri lattici fermentano anche in presenza di ossigeno. La fermentazione è un processo ossido-riduttivo internamente bilanciato, nel quale donatore ed accettore di elettroni sono composti organici (spesso è la stessa molecola che si comporta da accettore e donatore). Gli accettori organici di elettroni sono sempre endogeni, mentre i prodotti della riduzione sono escreti all'esterno (e utilizzati dall'industria alimentare). Il numero di moli di idrogeno, carbonio e ossigeno dei substrati eguaglia sempre quello dei prodotti. Il processo fermentativo libera solo una porzione di energia contenuta nelle molecole ridotte e quindi il rendimento è inferiore ad un processo aerobico.
- Microrganismi fotosintetici: se la loro fonte di energia è il Sole. Essi catturano l'energia solare per costruire le molecole organiche di cui necessitano. Questi microrganismi attuano il processo di fotosintesi nel quale molecole complesse sono sintetizzate partendo da anidride carbonica (CO2) ed acqua (H2O).
- Microrganismi chemiosintetici: sono quegli organismi autotrofi che per attivare i loro processi vitali e per costruire le molecole organiche di cui necessitano usufruiscono dell'energia liberata da particolari reazioni inorganiche (chemiosintesi).
Ricordiamo infine l'esistenza di una particolari categoria di autotrofi detti autotrofi facoltativi. Essi, in condizioni normali, attuano la fotosintesi clorofilliana ma, in condizioni particolari come la mancanza di sufficiente luce, possono diventare eterotrofi.
tags: #metabolismo #autotrofo #ed #eterotrofo #definizione #e